Atos藍(lán)光掃描技術(shù)在輕量化車身覆蓋件模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

柴震　王榮輝　蘇長(zhǎng)生

摘 要：簡(jiǎn)述藍(lán)光掃描系統(tǒng)，針對(duì)輕量化車身覆蓋件越來(lái)越高的要求，利用Atos藍(lán)光掃描技術(shù)對(duì)試模件和試模完的模具腔體數(shù)據(jù)測(cè)量，完成數(shù)據(jù)的處理和評(píng)估。再根據(jù)數(shù)據(jù)重新曲面重構(gòu)得到我們理想的模具。最后總結(jié)藍(lán)光掃描技術(shù)對(duì)模具設(shè)計(jì)行業(yè)的意義。

關(guān)鍵詞：藍(lán)光掃描系統(tǒng) 輕量化 試模 曲面重構(gòu)

1 引言

汽車車身模具是汽車車身生產(chǎn)制造的重要工藝裝備，是整個(gè)汽車零部件裝配的載體，模具的優(yōu)劣直接會(huì)影響到汽車的安全、舒適、美觀等指標(biāo)，是汽車更新?lián)Q型的制約因素。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)很多模具企業(yè)開始加大了技術(shù)研究的投資力度，將技術(shù)進(jìn)步視為企業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿?。部分企業(yè)也普及了二維CAD，并陸續(xù)開始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS 等國(guó)際通用軟件，個(gè)別廠家還引進(jìn)了Mold flow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE軟件，并成功應(yīng)用于沖壓模具的設(shè)計(jì)中。以汽車覆蓋件模具為代表的大型沖壓模具的制造技術(shù)已取得很大進(jìn)步，在進(jìn)步模具質(zhì)量和縮短模具設(shè)計(jì)制造周期等方面做出了貢獻(xiàn)，但與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)相比，我國(guó)汽車模具行業(yè)道路仍然需要努力前行。

隨著輕量化車身概念的到來(lái)，為了降低車的質(zhì)量，車身開始采用全鋁車身，鋁板的成型和鋼板有很大區(qū)別，鋁合金板料室溫延伸率低、彈性模量小，其車身覆蓋件成形后回彈量大。傳統(tǒng)的型面補(bǔ)償工藝建立在現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)估計(jì)基礎(chǔ)上，可能會(huì)出現(xiàn)起皺、拉裂、過(guò)度減薄等缺陷，最終需要經(jīng)過(guò)反復(fù)修模，為了解決以上精度問(wèn)題，我們采取非接觸式Atos藍(lán)光掃描技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)檢具，可以很好的進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和評(píng)估。

2 Atos藍(lán)光掃描技術(shù)

2.1 藍(lán)光掃描測(cè)量系統(tǒng)

藍(lán)光掃描測(cè)量系統(tǒng)采用非接觸光學(xué)測(cè)量原理，通過(guò)光柵投影的方式實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云獲取，搭載機(jī)器人、導(dǎo)軌、轉(zhuǎn)臺(tái)等運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)大范圍柔性測(cè)量，高密度點(diǎn)云測(cè)量，真實(shí)還原物體的豐富表面細(xì)節(jié)。軟件系統(tǒng)可完成從軌跡編程、點(diǎn)云獲取、點(diǎn)云處理到最終報(bào)告生成的全自動(dòng)化流程。藍(lán)光掃描測(cè)量系統(tǒng)因其效率高、精度高、數(shù)據(jù)量大、成本低、環(huán)境要求低等特點(diǎn)，正逐步替代三坐標(biāo)系統(tǒng)成為主流的實(shí)現(xiàn)零部件乃至整車尺寸測(cè)量的工具。應(yīng)用范圍包括測(cè)量間對(duì)整車及零部件的測(cè)量、焊裝車間分總成的離線測(cè)量和沖壓車間模具的測(cè)量等。

2.2 藍(lán)光掃描測(cè)量與傳統(tǒng)掃描測(cè)量方法的比較

傳統(tǒng)檢具和三位坐標(biāo)設(shè)備測(cè)量具有局限性，一般只針對(duì)某一項(xiàng)參數(shù)進(jìn)檢測(cè)分析，而且檢測(cè)范圍很小，只能對(duì)試模件局部孔、面、邊等特征進(jìn)行檢測(cè)。藍(lán)光掃描可獲得試模件全域點(diǎn)云大數(shù)據(jù)，以便于試模件全面分析。綜合分析，藍(lán)光掃描測(cè)量精度更高、測(cè)量速度更快。

2.3 在輕量化車身覆蓋件模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.3.1 車身覆蓋件試模件的測(cè)量與分析

藍(lán)光掃描可獲得試模件全域點(diǎn)云大數(shù)據(jù)，直接對(duì)大數(shù)據(jù)分析提取到CAD中。由于板料的變形具有連續(xù)性，板件各區(qū)域之間變形存在關(guān)聯(lián)性，彼此相互影響，但是某區(qū)域進(jìn)行型面偏差補(bǔ)償時(shí)，對(duì)關(guān)聯(lián)區(qū)域的影響程度是不同的，故引入強(qiáng)相關(guān)區(qū)域與弱相關(guān)區(qū)域以及型面補(bǔ)償系數(shù)的概念。在型面補(bǔ)償中，對(duì)數(shù)以萬(wàn)計(jì)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)按照Ka=I×Δk自動(dòng)計(jì)算該點(diǎn)的型面補(bǔ)償量。其中式中：Ka為型面補(bǔ)償量，I為型面補(bǔ)償系數(shù)，Δk為實(shí)測(cè)的區(qū)域回彈最大值。

強(qiáng)相關(guān)區(qū)域?yàn)樵搮^(qū)域與零件其他區(qū)域關(guān)聯(lián)程度大，或者處于零件幾個(gè)關(guān)鍵區(qū)域的連接處，該區(qū)域的型面補(bǔ)償策略應(yīng)相當(dāng)保守，每次型面補(bǔ)償時(shí)的型面補(bǔ)償系數(shù)應(yīng)當(dāng)取較小值。相反，對(duì)于弱相關(guān)區(qū)域，其型面補(bǔ)償策略可以相對(duì)激進(jìn)，型面補(bǔ)償系數(shù)可取較大值。然后將型面補(bǔ)償修正數(shù)據(jù)導(dǎo)入CAD/CAE進(jìn)行模具型面重構(gòu)，再依據(jù)修正的型面進(jìn)行CAE有限元模型的二輪迭代優(yōu)化，依據(jù)優(yōu)化型面進(jìn)行車間修模試模，不依賴現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)估計(jì)，實(shí)現(xiàn)全工序量化設(shè)計(jì)，控制負(fù)責(zé)曲面覆蓋件的成形精度。

2.3.2 車身模具的測(cè)量與分析

汽車車身覆蓋件生產(chǎn)主要是依靠模具沖壓成形，模具的質(zhì)量將會(huì)直接影響車身覆蓋件的質(zhì)量。車身覆蓋件模具的設(shè)計(jì)制造是根據(jù)覆蓋件的CAD數(shù)模進(jìn)行加工獲得的。盡管在模具設(shè)計(jì)的前期會(huì)使用各種成形模擬軟件的優(yōu)化，但是由于制造設(shè)備水平問(wèn)題，實(shí)際車身覆蓋件模具在生產(chǎn)制造過(guò)程中，會(huì)與CAD數(shù)模產(chǎn)生一定的差別，這就造成了生產(chǎn)的模具與理想數(shù)模并非完全一樣。

利用藍(lán)光掃描技術(shù)對(duì)完成試模的車身模具腔體進(jìn)行掃描測(cè)量，將實(shí)際掃描測(cè)量的數(shù)據(jù)與理論上CAD數(shù)據(jù)之間進(jìn)行對(duì)比，就可以獲得試模過(guò)程中修改區(qū)域的位置信息。然后根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲面重構(gòu)即可得到理想的狀態(tài)的CAD數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)保存以便下次模具復(fù)制或者試模時(shí)可以直接利用，節(jié)約漫長(zhǎng)的人工試模時(shí)間。

2.3.3 綜合分析

無(wú)論對(duì)試模件測(cè)量分析還是對(duì)試模后的模具腔體測(cè)量分析，都可以根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲面重構(gòu)，解決了模具設(shè)計(jì)中的各種問(wèn)題，對(duì)汽車車身模具設(shè)計(jì)起到至關(guān)重要的作用。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，對(duì)車身覆蓋件要求越來(lái)越高，對(duì)車身模具的精度要求也越來(lái)越高，Atos藍(lán)光掃描技術(shù)可以完美的滿足當(dāng)前汽車工業(yè)模具設(shè)計(jì)的需要，精確測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和評(píng)估。該技術(shù)將逐步成熟從而取代傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)，對(duì)車身覆蓋件模具的設(shè)計(jì)起到了極大的促進(jìn)作用。

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